三維柔性生態邊坡作用原理及其應用

朱姣利

(廣東天聯電力設計有限公司，廣東廣州 510600)

0 引言

傳統的護坡方法(重力式擋墻、格構梁+錨桿(或錨索)護坡、漿砌石護坡等)施工強度高、綠化效果和生態環境效益較差而且施工難度大［1-3］。而三維植被網護坡和客土噴播護坡對原邊坡依賴性較大且坡陡易壞，綠化后期維護較困難，在植被無法自然生長的巖石類貧瘠邊坡使用受到一定的限制。

本文從綠色電網的理念出發，從作用原理、施工方式及綠色環保等方面詳細闡述了三維排水柔性生態邊坡在本站邊坡支護設計中實現效率最大化、資源節約化、環境友好化，從而達到建設綠色變電站的目的。

1 三維柔性生態邊坡支護方法簡述

三維排水柔性生態邊坡是在邊坡、擋土墻建設等領域采用軟體環保材料取代高能耗、高污染的鋼筋、水泥、石塊等硬體材料建造邊坡的工程系統。

三維排水柔性生態邊坡不受原邊坡坡度的影響，可以在0°～90°之間，自由選擇工程邊坡坡度，相對重力式擋墻減少了占地面積。三維排水柔性生態邊坡可以直接利用開挖的土方，施工過程中既沒有建筑垃圾又減少了外運土方量;通過在生態袋中加入生態立體植被還可以還原山坡生態平衡。在施工結束后，幾乎不用維護或者維護較少，大大減少了維護費用，降低工程造價。三維排水柔性生態邊坡的建設可達到節能、環保、高效、和諧的綠色變電站理念。

1.1 三維柔性生態邊坡主要材料及施工工藝

三維排水柔性生態邊坡主要部件為生態環保材料(如圖1所示)。

圖1 三維排水柔性生態邊坡主要材料構件

三維排水柔性生態邊坡，可以直接利用現場開挖的土(見圖2)，同時袋內添加營養成分和保水劑等，裝土的袋子能夠排水，既能防止填充物(土壤與營養成分混合物)的流失，又能實現水分在土壤中的正常交流，植物生長必須的水分得到了有效的保持和及時的補充。生態袋對植被非常友善，植物可以通過生態袋體自由生長。

三維柔性生態邊坡通過排水聯結扣把各個生態袋聯結在一起，形成非常穩固的三角形內鎖結構。通過這一組件內鎖土工種植袋，與原始邊坡組成永久穩定邊坡。三維排水聯結扣使單個的生態袋體聯結成為一個整體的受力系統，有利于結構的穩定和抵抗破壞。

挖方邊坡是建立在原坡體穩定的基礎上，挖方坡度小于40°無需加生態錨桿，大于40°需要加一定數量的生態錨桿用于固定生態袋，生態袋可以用來防護坡面和提供植被生長，生態錨桿用于固定生態袋的位置。

填方邊坡在用三維排水聯結扣把各個生態袋聯結在一起后，每隔3層～4層生態袋鋪一層加筋格柵并反包，然后回填土，形成一道加筋土擋墻，使回填土邊坡成為穩定的加筋土邊坡，把無限土改性成剪切應力強大的有限土，實現了在0°～90°之間，自由選擇工程邊坡坡度的要求。使被占用的土地面積大為減少。

1.2 三維排水柔性生態邊坡作用原理

三維排水柔性生態邊坡按受力類型可分為:1)構造+植被(見圖3);2)結構+植被(見圖4)。

圖2 三維排水柔性生態邊坡施工圖

圖3 構造+植被作用原理

圖4 結構+植被作用原理

1)“構造”實際是建設一個固定的容器系統，使得相關土體不管是在徑流沖刷、植被附著力作用下還是其他的自然力作用下都得以保持相對穩定的物理形狀，不發生位移;植被系統是在該容器系統提供的條件下得以實現，同時良好的植被系統又可以使該容器系統得到加強，并使之永久化。構造+植被的護坡形式主要用于挖方，是建立在原坡體穩定的基礎上的，生態袋護坡只起構造作用，可以取代干砌石、漿砌石、水泥預制塊(含六角預制塊)、土工模袋混凝土等傳統的護坡結構;同時還可替代植生袋，三維植被網護坡，客土噴播等園林工程的護坡形式。

2)“結構”實際在力學上相當于加筋擋土墻結構。主要用于填方邊坡，其受力原理為加筋土設計原理，加筋土就是在土中埋設抗拉強度比較高的材料而形成的一種復合體，其基本原理為土與加筋材料之間存在著似摩擦作用，此摩擦作用限制了土的變形，從而提高了土體的抗剪強度。生態袋通過三維排水聯結扣連成一個整體，起到保護坡面的作用。結構+植被的形式可替代重力式漿砌石擋土墻，懸臂(護壁)式擋土墻，同時還可以和傳統結構相結合。如基礎采用鋼筋石籠結構或漿砌石，墻體采用生態加筋擋土墻，或在剛性結構的框格內護砌生態邊坡。如果為非回填土的邊坡工程，其支擋結構體系可采用傳統的方法，護面可采用本生態邊坡系統。

1.3 三維排水柔性生態邊坡的優點

1)綠化環境。

三維排水柔性生態邊坡是在邊坡、擋土墻建設等領域采用軟體環保材料取代高能耗、高污染的鋼筋、水泥、石塊等硬體材料建造邊坡的工程系統。本工程站址地處新建成的大朗鎮生態園內，采用三維排水柔性生態邊坡可以較好的還原原生態平衡，防止水土流失，綠化環境，與周邊生態園的環境協調。

2)減少土方外運。

變電站站址一般位于山坡上，為了滿足電氣設備連接及對于站內各建(構)筑物安全凈距的限制要求，站內場地不能有太高的高差。變電站場地不僅需要大量的開挖以平出平臺，而且需要大面積回填，若采用三維排水柔性生態邊坡，則最大限度地用場地內挖方，盡可能做到挖填平衡，減少外運工程量，節約了工程投資。

3)結構穩定。

三維排水柔性生態邊坡擋墻具有較好的柔性。

4)施工方便。

三維排水柔性生態邊坡在施工過程中無需建設大量的臨時措施，如搭建施工腳手架、修建材料運輸平臺及墻體材料垂直運輸等措施來保障施工，人工加上簡單的裝卸工具就可施工。

2 工程應用

2.1 工程概況

220 kV大朗變電站站址位于東莞市大朗鎮城區已建成的大朗生態園內，緊鄰原220 kV大朗變電站東南側，為兩山丘之間的場地，山丘種植較茂密的荔枝樹，場地高程為17.00 m～37.00 m(1985年國家規程，下同)。

場地設計標高擬定為24.50 m，根據場地地形情況分析，站址東北及南部需進行大方量的挖方，開挖土方主要為坡積粉質粘土和強風化砂巖，強風化砂巖中夾多量碎塊狀，開挖石方主要為中風化砂巖。站址整平后站址西側將形成高約2.5 m的填方邊坡，站址北側、南側、東側將形成開挖邊坡，其中東北角開挖邊坡最高約26 m，坡體以強、中風化砂巖為主站址，西南角開挖邊坡最高約8 m，坡體主要為中風化砂巖，根據現場地質勘測資料，邊坡地層較簡單，主要由坡積粉質粘土和強風化砂巖組成。

2.2 巖土工程條件

站址地貌單元屬于丘陵及丘前平地，地形起伏較大，現主要為荔枝園。本次勘測揭露的第四系地層主要為人工素填土、洪坡積粉質粘土、殘積粉質粘土，下覆基巖為震旦系砂巖。

①素填土:青褐、灰黃色，組成物主要為粉質粘土和中細砂，夾含強風化砂巖碎塊，粘性差，干強度低，韌性極差，稍濕，松散，欠壓實，人工成因。

②粉質粘土:棕褐、棕青色，主要為粉質粘土，含多量中細砂，混少量的礫石，表層為松散的耕植土(0.5 m～0.8 m)，含較多的植物根系。干強度一般，粘性、韌性中等，切面稍有光澤，遇水不易軟化，稍濕，硬塑，洪坡積成因。

③粉質粘土:棕青、棕黃色，主要為粉質粘土，含粉細砂和礫石，干強度較好，粘性、韌性中等，切面有光澤，遇水不易軟化，稍濕，硬塑，殘積成因。該層主要分布于中、西部較平緩場地，水平方向連續性較好，揭露厚度0.90 m～4.90 m。

④1全風化砂巖:紫褐、棕黃、青白色，原巖礦物除石英外全部被風化破壞成粘土狀礦物，巖芯呈堅硬土柱狀，浸水易軟化、崩解，巖質較軟。

④2強風化砂巖:棕青、紫灰、黃褐色，主要物質為石英、云母，泥質或硅質膠結，巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀，塊徑2 cm～8 cm，局部夾少量中風化砂巖，碎塊形狀不規則，節理、裂隙發育，敲擊聲發悶，巖質較軟。

④3中風化砂巖:棕青、棕灰、紫褐色，砂狀結構，層理構造，主要成分為石英、云母等，泥質、硅質膠結，巖芯呈柱狀，柱長約7 cm～37 cm，少量為碎塊狀，塊徑一般為2 cm～8 cm。柱體節理、裂隙較發育，敲擊聲發悶，巖質較軟，TCR=70%～95%，RQD=20%～65%。

2.3 邊坡支護方案

場地內東北、東及東南部為丘陵，站址東北及東南部地勢較高，中、西部較平緩，地形起伏較大，場地標高范圍在17.0 m～55.0 m間。場地設計標高擬定為23.80 m，故站址的東北面和東南面為挖方區，將形成最高約27.0 m的邊坡，站址西面為填方區，填方邊坡最高約8.0 m。本工程挖填方邊坡支護方案擬采用擋土墻結合放坡的形式進行支護。挖方坡率采用1∶1.25;填方坡率采用1∶1.75，站址東北側挖方坡腳設置凈高3.0 m的擋土墻，南側挖方坡腳設置凈高1.0 m的擋土墻，西側填方坡腳設置凈高2.0 m的擋土墻進行支護，墻底設排水溝，中間設3 m寬馬道，具體做法詳見圖5。

圖5 邊坡支護方案坡面圖

坡面采用三維排水柔性生態邊坡體系對整個邊坡進行護面、綠化和排水，既滿足了邊坡穩定要求，也使邊坡和周邊生態園的環境協調。

3 結語

三維排水柔性生態邊坡解決了傳統邊坡擋墻不易綠化、與基礎坡體相融性差、視覺疲憊、阻斷與大地之間的交流及生態平衡被破壞等缺點。實現了建造穩定性永久綠色邊坡的目的，大大降低了維護費用。

［1］王振國.重力式擋墻加護坡的應用［J］.路基工程，1992(2):90-91.

［2］李中國，張玉芳.高陡預應力錨索框架在加固路塹邊坡中的應用［J］.鐵道建筑，2005(5):53-55.

［3］吳繼明.漿砌石護坡技術在水利工程施工中的應用［J］.工程實踐，2011(4):55-56.